CERE (BIOLOGICHE): STRUTTURA, PROPRIETÀ, FUNZIONE, TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

Una cera è un materiale idrofobo costituito da acidi grassi a catena lunga e alcoli (esteri di acidi grassi a catena lunga e alcoli). Hanno molteplici funzioni in natura, poiché sono prodotti naturalmente da molte specie vegetali e animali.

La parola “wax” (dall'inglese wax) deriva dalla parola latina “wax”, che si riferisce alla sostanza prodotta dalle api e utilizzata per costruire i loro favi. Il termine in inglese è usato con la stessa connotazione, in quanto deriva dalla parola anglosassone “weax” usata anche per descrivere la cera d'api (in inglese beeswax).

Un favo (immagine di Pexels su www.pixabay.com)

Tenendo conto di quanto sopra, si comprende quindi che la definizione di "cera" comprende un insieme di sostanze che condividono alcune caratteristiche ma non hanno necessariamente le stesse proprietà chimiche e / o fisiche.

Tuttavia, indipendentemente dalla loro identità chimica, le cere sono sostanze altamente idrofobiche che servono a scopi diversi a seconda dell'organismo che le produce. Un gran numero di esseri viventi li usa come principale sostanza di riserva energetica, mentre altri li usano come sostanze protettive sulla loro superficie.

Sebbene siano altrettanto comuni nelle piante e negli animali, le cere vegetali sono quelle che sono state descritte con la maggiore intensità (e alcune di certi animali), poiché hanno importanza biologica per questi organismi e anche industriali dal punto di vista antropologico.

Struttura delle cere

Le cere sono state classicamente definite come esteri alcolici di acidi grassi a catena lunga, caratterizzati da lunghezze di 24-30 atomi di carbonio, che si associano ad alcoli primari di 16-36 atomi di carbonio (allo stesso modo, possono associarsi ad alcoli da gruppo di steroidi).

Sono formati da reazioni che comportano l '"unione" di un alcol e di un acido grasso, più o meno come segue:

CH3 (CH2) nCH2OH (alcool) + CH3 (CH2) nCOOH (acido grasso) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (estere della cera) + H2O (acqua)

La natura dei componenti alifatici delle cere può essere enormemente variabile e può essere trovata in questi acidi grassi, alcoli primari e secondari, idrocarburi, esteri di steroli, aldeidi alifatiche, chetoni, dichetoni, triacilgliceroli, triterpeni e steroli, tra gli altri.

Allo stesso modo, sia la lunghezza della catena che il grado di saturazione e ramificazione degli acidi grassi e degli altri componenti alifatici delle cere dipendono dalla loro origine.

Sapendo questo, è stato dimostrato che quelle cere prodotte nelle piante sono diverse e quelle che sono prodotte da animali marini e da animali terrestri, per esempio.

Proprietà della cera

Le cere hanno diverse proprietà fisico-chimiche che possono essere riassunte in un piccolo elenco:

- La sua consistenza può variare da morbida e maneggevole a dura (plastica) o "frangibile" a 20 ° C

- Sono generalmente a bassissima viscosità

- Sono altamente insolubili in acqua, ma sono in solventi organici, sebbene questo processo dipenda molto dalla temperatura

Funzione

Le cere svolgono molteplici funzioni sia nel regno animale che in quello vegetale, essendo sostanze estremamente comuni in natura.

Negli animali

Le cere rappresentano il principale composto di accumulo di energia per i microrganismi galleggianti che compongono il plancton.

Le cere sono quindi allo stesso tempo una delle principali fonti metaboliche alla base della catena alimentare degli animali marini.

Gli animali hanno ghiandole dermiche speciali che secernono cera per proteggere la loro pelle e capelli, rendendoli strutture più flessibili, lubrificate e idrorepellenti.

Gli uccelli hanno una ghiandola nota come ghiandola "uropigea", che secerne costantemente le cere, motivo per cui è responsabile del mantenimento delle piume "impermeabili".

Nelle piante

Una funzione primaria delle cere negli organismi vegetali è la protezione dei tessuti.

Un buon esempio di ciò è il rivestimento ceroso sulle lame fogliari di molte piante, che riduce la disidratazione termica indotta dalla luce solare.

Un altro esempio che può essere menzionato è il rivestimento ceroso che molti semi hanno nel loro mantello, che li aiuta a evitare la perdita d'acqua durante la conservazione.

Queste cere sono solitamente incorporate tra i polimeri di cutina e suberina, costituendo uno strato amorfo sulla superficie esterna della pianta. Molte piante hanno uno strato epicuticolare di cristalli cerosi che si sovrappongono alla cuticola e conferiscono loro un aspetto grigiastro o glauco.

Le cere non solo prevengono la perdita d'acqua, ma possono anche aiutare la pianta a prevenire alcuni patogeni fungini o batterici, e svolgono un ruolo fondamentale nelle interazioni pianta-insetto, oltre a prevenire i danni causati dalle radiazioni ultraviolette.

Nell'industria

Le cere di origine biologica sono molto utili anche da un punto di vista industriale, in quanto vengono utilizzate nella produzione di farmaci, cosmetici, ecc.

Le lozioni tipicamente utilizzate per idratare la pelle, così come i lucidanti e alcuni unguenti, sono costituite da miscele di grassi con cera d'api, cera di palma brasiliana, cera di lana d'agnello, cera di capodoglio, ecc.

Le cere sono anche ampiamente utilizzate nei rivestimenti industriali che consentono l'idrorepellenza, nonché nella produzione di sostanze utilizzate per lucidare le automobili.

Trovano impiego nella plastificazione di hot melt, nella lubrificazione di attrezzature da lavoro nell'industria metallurgica e per consentire il rilascio ritardato di composti utilizzati in agricoltura e farmacologia.

Tipi di cere

Le cere possono essere naturali o sintetiche. Le cere "naturali" possono anche avere origine organica o minerale, essendo quest'ultima il prodotto della lavorazione della lignite (carbone), motivo per cui sono generalmente non rinnovabili (come petrolato o vaselina).

Le cere di origine animale e / o vegetale sono considerate cere naturali rinnovabili e modificabili, poiché possono essere modificate con metodi chimici come l'idrogenazione e la reesterificazione, ad esempio.

Pertanto, nel contesto biologico, le cere sono classificate in base alla fonte da cui sono ottenute.

- Cere vegetali

Le piante producono diversi tipi di cere in diverse parti del loro corpo: nelle foglie, nei fiori, nei frutti o nei semi.

Com'è il percorso biosintetico?

I componenti alifatici delle cere vegetali sono sintetizzati nelle cellule epidermiche da acidi grassi a catene molto lunghe (da 20 a 34 atomi di carbonio).

La sintesi inizia con la produzione di acidi grassi di 16 e 18 atomi di carbonio, che inizialmente si originano nello stroma dei plastidi grazie all'attività degli enzimi solubili che compongono il complesso degli acidi grassi sintasi.

Successivamente, questi acidi grassi vengono allungati grazie a complessi multienzimatici associati alla membrana noti come allungasi degli acidi grassi. In ogni estensione di due atomi di carbonio ci sono quattro reazioni:

- Condensa tra un acido grasso esterificato in una molecola di acetil Co-A (substrato) e una molecola di malonil-CoA

- Riduzione B-cheto

- disidratazione

- Riduzione Enoil

Sono state descritte due vie principali per la produzione dei componenti delle cere vegetali, una è la via di riduzione dell'acile e l'altra è la via della decarbonilazione. Il primo si traduce nella sintesi di alcoli ed esteri di cera, mentre il secondo produce aldeidi, alcani, alcoli secondari e chetoni.

Via di riduzione dell'acile

Gli esteri acil-CoA prodotti dall'allungamento della catena sono ridotti in una reazione in due fasi che coinvolge un intermedio transitorio di tipo aldeidico e che sono catalizzati dall'enzima acil-CoA reduttasi. L'alcol grasso prodotto può essere esterificato per formare un estere di cera grazie all'enzima acil-CoA alcol transacilasi.

Via di decarbonilazione

Il primo passo in questo percorso è la riduzione di un estere acil-CoA ad un'aldeide mediata da un enzima acil-CoA reduttasi. Quando un enzima aldeide decarbonilasi rimuove il gruppo carbonile da detta molecola, viene prodotto un alcano, che ha un atomo di carbonio in meno del suo acido grasso precursore.

Questo idrocarburo può essere ulteriormente metabolizzato mediante l'inserimento di un gruppo idrossile nella catena tramite un'idrossilasi o un'ossidasi, formando un alcol secondario.

La fase finale per la produzione di esteri di cera da alcoli a catena lunga e acidi grassi è catalizzata da un enzima acil-CoA: l'alcol transacilasi, necessario anche per la sintesi dei triacilgliceroli.

- Cere animali

Gli animali producono anche grandi quantità di cere, soprattutto insetti, balene, pecore e uccelli, dalle quali possono essere ottenute per scopi biotecnologici.

La loro utilità biologica è stata studiata in dettaglio e, a seconda dell'animale in questione, possono servire, tra gli altri, a scopi di protezione e comunicazione.

Esempi di cere biologiche

- Cere animali

cera d'api

Come suggerisce il nome, questo tipo di cera è prodotta dalle api, la più popolare è quella di Apis mellifera. Questi animali hanno ghiandole specializzate nell'addome che secernono la cera che usano per costruire i favi dove depongono le uova e organizzano l'alveare.

Questa cera è comunemente ottenuta come sottoprodotto del miele e viene utilizzata per diversi scopi, sia in cosmetologia che nell'industria (fabbricazione di candele, lucidi, alimenti, tessuti, vernici, ecc.). È costituito da idrocarburi, esteri, acidi liberi e altri, e studi più specializzati indicano che è ricco di acido cerotico e miricina.

Spermaceti

Il capodoglio è un altro noto tipo di cera animale, ottenuta da una cavità nella testa del capodoglio Physeter macrocephalus, che può produrre fino a 3 tonnellate di questa sostanza che utilizza come sonar.

È ricco di esteri grassi, trigliceridi, alcoli liberi e acidi; gli esteri grassi includono principalmente cetil palmitato (32 atomi di carbonio) e cetil miristato (30 atomi di carbonio).

Questa cera animale è stata ampiamente utilizzata in medicina, cosmetologia e prodotti farmaceutici, nonché nella produzione di candele.

Tuttavia, esistono attualmente alcune normative internazionali, poiché le balene sono state uccise al solo scopo di ottenere questo prodotto, il che significa grandi perdite per la fauna marina.

- Cere vegetali

Cera di palma

La palma da cera Copernicia cerifera Martius è una specie di palma brasiliana che produce una delle cere vegetali più importanti dal punto di vista commerciale.

Questa cera è ottenuta dalla superficie superiore e inferiore delle foglie di palma e ha molteplici applicazioni sia nella preparazione dei cibi che in cosmetologia, ceretta per mobili e auto, produzione di filo interdentale cerato, ecc.

Coltivazione della palma da cera (Immagine di Fernando Arteaga su www.pixabay.com)

Olio di jojoba

La cera di jojoba è ottenuta dalla Simmondsia chinensis, un arbusto tipico delle zone aride del Messico e degli Stati Uniti. I suoi semi sono ricchi di una cera o olio che si ottiene per spremitura a freddo e che ha molte applicazioni medicinali, essendo uno dei principali sostituti del capodoglio.

Semi di una pianta di jojoba (Fonte: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) tramite Wikimedia Commons)

Riferimenti

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